مبدأ عمل الموصل الاتجاهي

تُعدّ الموصلات الاتجاهية من المكونات القياسية في قياسات الموجات الميكروية وأنظمة الموجات الميكروية الأخرى. تُستخدم هذه الموصلات لعزل الإشارات وفصلها ومزجها، مثل مراقبة القدرة، وتثبيت قدرة خرج المصدر، وعزل مصدر الإشارة، واختبار مسح تردد الإرسال والانعكاس، وغيرها. وهي عبارة عن مقسم قدرة ميكروي اتجاهي، ومكون أساسي في أجهزة قياس الانعكاس الحديثة ذات الترددات المتغيرة. تتوفر منها أنواع عديدة، مثل الموصلات الموجهة، والخطوط المحورية، والخطوط الشريطية، والخطوط الميكروية.

الشكل 1 هو رسم تخطيطي للهيكل. يتكون أساسًا من جزأين: الخط الرئيسي والخط المساعد، وهما متصلان ببعضهما عبر فتحات وشقوق وفجوات صغيرة. لذلك، ينتقل جزء من الطاقة الداخلة من الطرف "1" في الخط الرئيسي إلى الخط المساعد. وبسبب تداخل الموجات أو تراكبها، تنتقل الطاقة في اتجاه واحد فقط (يُسمى "الاتجاه الأمامي")، بينما يكاد ينعدم انتقال الطاقة في الاتجاه المعاكس (يُسمى "الاتجاه العكسي").

الشكل 2 عبارة عن موصل متقاطع الاتجاه، أحد المنافذ في الموصل متصل بحمل مطابق مدمج.

تطبيق الموصل الاتجاهي

1- لنظام توليد الطاقة
يُستخدم عادةً مُقترن اتجاهي 3 ديسيبل (يُعرف باسم جسر 3 ديسيبل) في أنظمة توليف الترددات متعددة الموجات الحاملة، كما هو موضح في الشكل أدناه. يُعد هذا النوع من الدوائر شائعًا في الأنظمة الموزعة الداخلية. بعد مرور الإشارتين f1 و f2 من مُضخِّمي طاقة عبر مُقترن اتجاهي 3 ديسيبل، يحتوي خرج كل قناة على مُركِّبين تردديين f1 و f2، ويُقلِّل 3 ديسيبل من سعة كل مُركِّب ترددي. إذا تم توصيل أحد طرفي الخرج بحمل امتصاصي، يُمكن استخدام الخرج الآخر كمصدر طاقة لنظام قياس التشكيل البيني السلبي. لتحسين العزل بشكل أكبر، يُمكن إضافة مُكوِّنات مثل المرشحات والعوازل. يُمكن أن يتجاوز عزل جسر 3 ديسيبل المُصمَّم جيدًا 33 ديسيبل.
 
يُستخدم الموصل الاتجاهي في نظام تجميع الطاقة الأول.
تُظهر الشكل (أ) أدناه منطقة التداخل الاتجاهي كتطبيق آخر لدمج القدرة. في هذه الدائرة، تم توظيف خاصية التوجيه للمقرن الاتجاهي بذكاء. بافتراض أن درجة اقتران المقرنين هي 10 ديسيبل، وأن خاصية التوجيه هي 25 ديسيبل، فإن العزل بين طرفي f1 و f2 هو 45 ديسيبل. إذا كانت مدخلات f1 و f2 تساوي 0 ديسيبل، فإن الخرج المدمج يساوي -10 ديسيبل. بالمقارنة مع مقرن ويلكنسون في الشكل (ب) أدناه (قيمة عزله النموذجية 20 ديسيبل)، فإن إشارة الدخل نفسها البالغة 0 ديسيبل، بعد التركيب، تصبح -3 ديسيبل (دون احتساب فقد الإدخال). بالمقارنة مع حالة ما بين العينات، قمنا بزيادة إشارة الدخل في الشكل (أ) بمقدار 7 ديسيبل بحيث يكون خرجها متوافقًا مع الشكل (ب). في هذه المرحلة، يقلّ العزل بين الترددين f1 و f2 في الشكل (أ) بمقدار 38 ديسيبل. وتُظهر المقارنة النهائية أن طريقة توليف القدرة في الموصل الاتجاهي أعلى بمقدار 18 ديسيبل من موصل ويلكنسون. هذا المخطط مناسب لقياس التداخل بين عشرة مضخمات.

يُستخدم الموصل الاتجاهي في نظام تجميع الطاقة 2

2، يستخدم لقياس مقاومة التداخل في جهاز الاستقبال أو القياس الزائف
في نظام اختبار وقياس الترددات الراديوية، غالبًا ما تُستخدم الدائرة الموضحة في الشكل أدناه. لنفترض أن الجهاز قيد الاختبار هو جهاز استقبال. في هذه الحالة، يمكن حقن إشارة تداخل من قناة مجاورة في جهاز الاستقبال عبر طرف اقتران الموصل الاتجاهي. بعد ذلك، يمكن لجهاز اختبار متكامل متصل به عبر الموصل الاتجاهي اختبار مقاومة جهاز الاستقبال - أي أداء التداخل. إذا كان الجهاز قيد الاختبار هاتفًا خلويًا، فيمكن تشغيل جهاز إرسال الهاتف بواسطة جهاز اختبار متكامل متصل بطرف اقتران الموصل الاتجاهي. ثم يمكن استخدام محلل طيفي لقياس الخرج الطفيلي للهاتف. بالطبع، يجب إضافة بعض دوائر الترشيح قبل محلل الطيف. ولأن هذا المثال يناقش فقط استخدام الموصلات الاتجاهية، فقد تم حذف دائرة الترشيح.

يُستخدم الموصل الاتجاهي لقياس مقاومة التداخل لجهاز الاستقبال أو الارتفاع الزائف للهاتف الخلوي.
في دائرة الاختبار هذه، تُعدّ خاصية توجيه الموصل الاتجاهي بالغة الأهمية. إذ لا يحتاج محلل الطيف المتصل بالطرف المباشر إلا إلى استقبال الإشارة من الجهاز قيد الاختبار، ولا يحتاج إلى استقبال كلمة المرور من طرف التوصيل.

3- لأخذ عينات الإشارة ومراقبتها
يُعدّ قياس ومراقبة أجهزة الإرسال عبر الإنترنت من أكثر تطبيقات الموصلات الاتجاهية شيوعًا. يوضح الشكل التالي تطبيقًا نموذجيًا للموصلات الاتجاهية لقياس محطات البث الخلوية. لنفترض أن قدرة خرج جهاز الإرسال تبلغ 43 ديسيبل ميلي واط (20 واط)، وأن سعة اقتران الموصل الاتجاهي 30 ديسيبل، وفقد الإدخال (فقد الخط بالإضافة إلى فقد الاقتران) 0.15 ديسيبل. يتم إرسال إشارة من طرف الاقتران بقوة 13 ديسيبل ميلي واط (20 ميلي واط) إلى جهاز اختبار محطة البث، ويبلغ خرج الموصل الاتجاهي المباشر 42.85 ديسيبل ميلي واط (19.3 واط)، ويتم امتصاص طاقة التسريب على الجانب المعزول بواسطة حمل.

يُستخدم الموصل الاتجاهي لقياسات المحطة الأساسية.
تستخدم معظم أجهزة الإرسال هذه الطريقة لأخذ العينات والمراقبة عبر الإنترنت، وربما تكون هذه الطريقة الوحيدة التي تضمن اختبار أداء جهاز الإرسال في ظل ظروف التشغيل العادية. ولكن تجدر الإشارة إلى أن اختبار جهاز الإرسال واحد، وتختلف متطلبات كل مختبر. فعلى سبيل المثال، في محطات WCDMA الأساسية، يجب على المشغلين الانتباه إلى المؤشرات في نطاق تردد التشغيل (2110-2170 ميجاهرتز)، مثل جودة الإشارة، وقوة الإشارة داخل القناة، وقوة الإشارة في القناة المجاورة، وما إلى ذلك. وبناءً على ذلك، يقوم المصنعون بتركيب موصل اتجاهي ضيق النطاق (مثل 2110-2170 ميجاهرتز) عند مخرج المحطة الأساسية لمراقبة ظروف تشغيل جهاز الإرسال داخل النطاق وإرسالها إلى مركز التحكم في أي وقت.
إذا كانت الجهة المنظمة لطيف الترددات الراديوية - محطة مراقبة الراديو - هي المسؤولة عن اختبار مؤشرات محطات القاعدة البرمجية، فإن تركيزها يختلف تمامًا. فبحسب متطلبات مواصفات إدارة الراديو، يمتد نطاق تردد الاختبار إلى 9 كيلوهرتز ~ 12.75 جيجاهرتز، وهو نطاق واسع جدًا لمحطات القاعدة المختبرة. ما مقدار الإشعاع الطفيلي الذي سيتولد في نطاق التردد ويتداخل مع التشغيل المنتظم لمحطات القاعدة الأخرى؟ هذا ما يقلق محطات مراقبة الراديو. في هذه الحالة، يلزم وجود موصل اتجاهي بنفس عرض النطاق لأخذ عينات الإشارة، ولكن يبدو أنه لا يوجد موصل اتجاهي يغطي النطاق 9 كيلوهرتز ~ 12.75 جيجاهرتز. من المعروف أن طول ذراع التوصيل في الموصل الاتجاهي مرتبط بتردده المركزي. يمكن أن يغطي عرض النطاق للموصل الاتجاهي فائق العرض نطاقات من 5 إلى 6 أوكتافات، مثل 0.5-18 جيجاهرتز، ولكنه لا يغطي نطاق الترددات الأقل من 500 ميجاهرتز.

4- قياس الطاقة عبر الإنترنت
في تقنية قياس القدرة من النوع المباشر، يُعدّ الموصل الاتجاهي جهازًا بالغ الأهمية. يوضح الشكل التالي المخطط التوضيحي لنظام قياس قدرة عالية نموذجي من النوع المباشر. تُؤخذ عينة من القدرة الأمامية من المُضخّم قيد الاختبار بواسطة طرف التوصيل الأمامي (الطرف 3) للموصل الاتجاهي، ثم تُرسل إلى مقياس القدرة. تُؤخذ عينة من القدرة المنعكسة بواسطة طرف التوصيل العكسي (الطرف 4) ثم تُرسل إلى مقياس القدرة.
يُستخدم الموصل الاتجاهي لقياس الطاقة العالية.
يرجى الملاحظة: بالإضافة إلى استقبال الطاقة المنعكسة من الحمل، يستقبل طرف التوصيل العكسي (الطرف 4) أيضًا طاقة التسريب من الاتجاه الأمامي (الطرف 1)، والناتجة عن اتجاهية الموصل الاتجاهي. الطاقة المنعكسة هي ما يسعى جهاز الاختبار إلى قياسه، بينما تُعد طاقة التسريب المصدر الرئيسي للأخطاء في قياس الطاقة المنعكسة. يتم تراكب الطاقة المنعكسة وطاقة التسريب على طرف التوصيل العكسي (الطرف 4) ثم تُرسل إلى مقياس الطاقة. نظرًا لاختلاف مسارات نقل الإشارتين، فإنهما عبارة عن تراكب متجهي. إذا أمكن مقارنة طاقة التسريب المُدخلة إلى مقياس الطاقة مع الطاقة المنعكسة، فسينتج عن ذلك خطأ كبير في القياس.
بالطبع، ستتسرب الطاقة المنعكسة من الحمل (الطرف 2) أيضًا إلى طرف التوصيل الأمامي (الطرف 1، غير موضح في الشكل أعلاه). ومع ذلك، فإن مقدارها ضئيل مقارنةً بالطاقة الأمامية، التي تقيس قوة التيار الأمامي. ويمكن تجاهل الخطأ الناتج.

شركة بكين روفيا للإلكترونيات الضوئية المحدودة، الكائنة في "وادي السيليكون" الصيني - منطقة تشونغ قوان تسون ببكين، هي شركة تقنية متقدمة تُكرّس جهودها لخدمة المؤسسات البحثية والمعاهد والجامعات والباحثين العلميين في الشركات والمؤسسات المحلية والأجنبية. تُعنى شركتنا بشكل أساسي بالبحث والتطوير والتصميم والتصنيع والمبيعات المستقلة للمنتجات الكهروضوئية، وتُقدّم حلولًا مبتكرة وخدمات احترافية مُخصصة للباحثين العلميين والمهندسين الصناعيين. بعد سنوات من الابتكار المستقل، طوّرت الشركة سلسلة غنية ومتكاملة من المنتجات الكهروضوئية، والتي تُستخدم على نطاق واسع في قطاعات البلديات والجيش والنقل والطاقة الكهربائية والمالية والتعليم والطب وغيرها.

نتطلع إلى التعاون معكم!